[发明专利]使用二羧酸鎓盐制备改进的陶瓷粉末的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请与2008年4月3日提交的题目相同的美国临时申请61/042173相关并要求该临时申请之权益，该临时申请以全文形式并入本申请。

技术领域

本发明涉及改进的陶瓷粉末的制备方法，该制备方法使用二羧酸鎓(onium dicarboxylate)化合物作为沉淀剂以从所述金属的溶液中沉淀陶瓷粉末前体，然后将所述陶瓷粉末前体转化为所述需要的金属氧化物材料。所述二羧酸鎓沉淀剂可在制备所述需要的陶瓷粉末的共沉淀步骤中使用，以获得改进的陶瓷材料。

背景技术

生产陶瓷粉末是为了各种应用，包括特定的机械元件、机械元件的涂层、在半导体装置(如高K介电结构)中、超导装置、运动传感器、燃料电池、装置包装、无源电子元件如电容和更成熟的能量存储装置以及作为改进的工程材料用于从汽车到生物医学装置的各种工业领域。合成和制备陶瓷粉末的许多已有技术包括固相合成如固固扩散、液相合成如沉淀和共沉淀，和利用气相反应物的合成。此外，也可使用大量相关制备技术，包括：喷雾干燥、喷雾焙烧、金属有机物分解、冷冻干燥、溶胶凝胶合成和熔融固化等等。

在液相合成方法中，所述金属氧化物通过使用草酸和其某些简单的盐沉淀。然而，使用各种草酸盐带来各种问题，如在陶瓷粉末中的不利污染物。例如，当使用碱或碱土金属的草酸盐时，得到的金属氧化物粉末可能包括含量不可接受的所述碱或碱土金属。又例如，如果添加的草酸盐包括在溶液中起缓冲或络合剂作用的离子例如铵(NH₄⁺)，溶液的pH值的控制可能有困难，从而导致对产品性能失去控制。

随着半导体装置的临界尺寸持续缩小，甚至非常低程度的痕量杂质和在材料的原子和分子结构上的甚至非常小的变化的影响变得越来越显著。例如，对于高电容率(permittivity)或高介电常数(dielectric constant)(“高-K”)材料，如果痕量金属杂质或微结构缺陷中任一或其组合变得过高，击穿电压可以变得不可接受的低，导致所述高-K介电材料功能丧失。微结构缺陷来源于例如对粒度分布的很差的控制、颗粒过大，和/或杂质的存在。无论有没有微结构缺陷，金属杂质都可以对介电性能和击穿电压产生不利影响。

对于超导材料，众所周知，超导材料的超导性能关键取决于制备超导材料的陶瓷粉末中金属的准确组合。因此，对所有金属组分和任何痕量的金属杂质的控制均成为超导体功能成败的关键。

至少由于这些原因，存在对新方法和材料的强烈和不断增长的需求以用于制备所需的陶瓷粉末材料，以获得具有改进的性能的陶瓷粉末，所述改进的性能如改善的粒度分布、减小的颗粒尺寸、减少的金属杂质和改善的颗粒形貌、改善的成分均匀性、改善的化学计量学控制、改善的再分散性和增强的化学稳定性中的一项或多项。

发明内容

本发明解决了对用于陶瓷粉末制备的新方法和材料的强烈和不断增长的需求。与由不包括作为沉淀剂的二羧酸鎓的方法制得的陶瓷粉末相比，本发明能提供所需的具有改进的性能的陶瓷粉末，所述改进的性能如改善的粒度分布、减小的颗粒尺寸、减少的金属杂质和改善的颗粒形貌、改善的成分均匀性、改善的化学计量学控制、改善的再分散性和增强的化学稳定性中的一项或多项。

本发明涉及有机二元酸的鎓盐，即作为金属离子沉淀剂的二羧酸鎓盐，用于生产制备陶瓷粉末的陶瓷粉末前体。本发明人发现，通过使用本文限定的二羧酸鎓，可以获得具有优良且意外改善的性能的陶瓷粉末。

在一个实施方案中，所述二羧酸盐是草酸盐。因此，在一个实施方案中，本发明包括使用季、叔或咪唑草酸盐作为用于生产制备所需陶瓷粉末的陶瓷粉末前体的共沉淀过程中的金属沉淀剂，如四烷基铵或鏻(季)草酸盐类、三烷基锍(叔)草酸盐类、三烷基氧化锍(叔)草酸盐类和草酸咪唑鎓类，包括，例如，草酸四甲基铵、草酸四丁基铵、以及更高的烷基取代的季鎓草酸盐中的一种或其混合物。

因此，在一个实施方案中，本发明涉及一种制备陶瓷粉末的方法，包括：

在溶液中提供多种前体材料，其中，所述在溶液中的多种前体材料的每一种进一步包括陶瓷粉末的至少一种离子组成物质；

将所述在溶液中的多种前体材料与一种二羧酸鎓沉淀剂溶液混合以引起所述陶瓷粉末前体在混合溶液中的共沉淀；以及

将所述陶瓷粉末前体从所述混合溶液中分离。

在一个实施方案中，所述沉淀剂溶液基本没有铵离子。

在另一个实施方案中，本发明涉及一种制备陶瓷粉末的方法，包括：